淺埋黃土隧道明挖暗做施工技術(shù)討論

1、高速鐵路淺埋黃土隧道明挖暗做施工技術(shù)（中國(guó)水利水電第四工程局第四分局寶蘭客運(yùn)專線 朱廣瓊 張建國(guó)）摘要：蘇家川隧道地質(zhì)情況較為復(fù)雜，隧道洞身淺埋段頂部既有鄉(xiāng)村道路橫跨而過(guò)，洞頂埋深較?。挥覀?cè)臨近村民居住區(qū)，且通向村莊道路采用混凝土硬化，道路僅3m寬，大型機(jī)械設(shè)備無(wú)法進(jìn)入施工區(qū)，設(shè)計(jì)明挖法施工難度大，不利于保證施工進(jìn)度及安全，采取施作套拱明洞暗挖的施工方法渡過(guò)。簡(jiǎn)要總結(jié)明洞段及暗洞施作套拱、明洞暗挖的施工技術(shù)。關(guān)鍵詞：淺埋黃土隧道、施作套拱、明洞暗挖、施工技術(shù)1工程概況1.1設(shè)計(jì)及地質(zhì)情況寶蘭客運(yùn)專線10標(biāo)段二工區(qū)通渭至榆中蘇家川隧道位于定西市安定區(qū)，隧道全長(zhǎng)759m，為雙線隧道。隧道洞身均位于

2、直線上，洞身縱坡為3的單面上坡，洞身均為黃土、圍巖為級(jí)。隧址區(qū)地貌形態(tài)屬黃土高原溝壑、梁峁區(qū)，地面相對(duì)高差約60m，區(qū)內(nèi)黃土梁峁起伏，溝壑縱橫，自然坡度約為20°60°之間，隧道頂谷深切多呈“V”字型，山坡上多為風(fēng)積黃土包裹，梁頂植被包裹較差。隧道進(jìn)口、出口均為東河的支溝，平時(shí)干涸無(wú)水，僅在暴雨季節(jié)有暫時(shí)性水流，水量一般不大。隧道區(qū)內(nèi)地下水主要為第四系松散層孔隙水。松散層孔隙裂隙水賦存于第四系上更新統(tǒng)砂質(zhì)黃土中，無(wú)統(tǒng)一潛水面，受大氣補(bǔ)給，水量小，季節(jié)性變化大，水位埋藏變化大。地下水對(duì)混凝土存在氯鹽、硫酸鹽侵蝕性，侵蝕性等級(jí)為L(zhǎng)2、H2。蘇家川隧道淺埋明洞段位于山間谷地，洞身

3、上橫跨寬度3m的鄉(xiāng)村道路；勘探時(shí)試驗(yàn)結(jié)果顯示該段黃土具有濕陷性，基地承載力較小，需采用水泥土擠密樁進(jìn)行地基加固。設(shè)計(jì)施工采用明挖法。1.2隧道主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)蘇家川隧道為單洞雙線隧道，設(shè)計(jì)時(shí)速250Km/h，隧道襯砌后斷面最大凈寬12.81m，凈高8.68m，采用Ve襯砌斷面類型。1.3施工地形復(fù)核及補(bǔ)探情況通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，實(shí)際地形與設(shè)計(jì)地形略有差異，其中DK929+530+549隧道頂部最小埋深為-1m，出現(xiàn)露頂。DK929+511DK929+561明洞段縱向剖面示意圖根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)鉆探剖面顯示，淺埋段洞頂覆蓋層為第四系上更新統(tǒng)Q3eol3砂質(zhì)黃土,動(dòng)力觸探檢測(cè)地基承載力在300Mpa以上；洞頂有既

4、有鄉(xiāng)村道路通過(guò)且山間降水經(jīng)過(guò)洞頂溝底匯集自流而下，施工地質(zhì)條件較差，極易坍塌、下陷，成拱能力差。暗挖法施工施作時(shí)拱肩以上圍巖圍護(hù)較為困難。隧底以下圍巖取芯檢測(cè)成果顯示，該部位圍巖無(wú)濕陷性。2施工方案選擇在淺埋隧道施工中，明挖法與暗挖法各有各的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工環(huán)境、施工技術(shù)、施工效益、施工安全等方面的對(duì)比，選擇較為優(yōu)越的施工方法。1 明挖法不利因素由于隧道穿過(guò)山谷之間的凹地，洞頂又有既有鄉(xiāng)村道路，明挖施工時(shí)必須進(jìn)行道路臨時(shí)改移，保證當(dāng)?shù)鼐用裢ㄐ?；該處施工設(shè)計(jì)圖紙未明確排水問(wèn)題，施工時(shí)段必須考慮錯(cuò)開雨季；明挖施工時(shí)需大中型機(jī)械設(shè)備進(jìn)入，而該處右側(cè)緊鄰鄉(xiāng)村3m水泥道路，大型機(jī)械無(wú)法進(jìn)入；為防止

5、重型機(jī)械壓壞路面，當(dāng)?shù)鼐用駠?yán)禁通行，開挖不具備條件。明挖施工對(duì)山體擾動(dòng)較大，若處理不當(dāng)極易引起邊仰坡及山體失穩(wěn)，發(fā)生山體滑坡、坍塌；明挖土方量大；明挖棄土需再次征收土地，對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境影響較大,且二次征地困難。明挖施工隧底作業(yè)面狹小，左、右側(cè)需進(jìn)行順坡。由于蘇家川隧道整條隧道長(zhǎng)度較短（隧道全長(zhǎng)759m），采取單向掘進(jìn)，若施工明洞段，或者在暗洞開挖至明洞段時(shí)施工，或者增加人員設(shè)備在暗洞段未到達(dá)前獨(dú)自施工明洞段。2 套拱明洞暗挖的優(yōu)點(diǎn)根據(jù)對(duì)甘肅定西市近幾年氣候變化及降水情況的調(diào)查，合理安排明洞暗挖施作時(shí)段，確保施作時(shí)段錯(cuò)過(guò)雨季。 隧道正洞（暗洞）開挖至距離明洞一定長(zhǎng)度后，停止掌子面開挖及時(shí)施作套拱，完

6、成后正洞正常掘進(jìn)。此法易于施作，并有利于隧道施工安全。 明洞暗挖對(duì)山體及周圍環(huán)境影響小，對(duì)山體擾動(dòng)小，減少征地，免去施工道路的修建及改移費(fèi)用。 明洞暗挖方便洞頂渡槽施工，減少洞頂填土。通過(guò)明挖與明洞暗挖兩種施工方案的比較，施工套拱明洞暗挖比明挖法更具有優(yōu)勢(shì)，不僅減小對(duì)山體的擾動(dòng)及對(duì)環(huán)境的破壞，還充分利用了現(xiàn)有資源，加快施工進(jìn)度，所以采取變更手續(xù)對(duì)明洞段采用套拱明挖暗做。3施工方案控制措施3.1洞口防護(hù)排水暗洞距離明洞段分界里程約40m時(shí)，測(cè)量人員對(duì)明洞段進(jìn)行放樣，采用白灰撒正洞開挖輪廓；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，安排人工開挖臨時(shí)排水溝，對(duì)可能發(fā)生的降水進(jìn)行妥善引排，防止其進(jìn)入正洞浸泡基地。施工要求安排

7、干旱季節(jié)。3.2套拱暗挖施工技術(shù)方案正洞（暗洞）開挖至距離明洞段分界里程28m時(shí)（或明洞暗挖開挖至明洞分界里程），停止掌子面開挖施工，對(duì)掌子面進(jìn)行素噴4cm混凝土封閉，架設(shè)正洞上導(dǎo)I25a鋼拱架。鋼拱架間距0.6m，鋼拱架與已噴護(hù)鋼架采用22連接筋連接成為整體，連接筋環(huán)向間距1m。為保證拱腳基礎(chǔ)牢固，防止拱頂下沉量過(guò)大，對(duì)拱腳位置采用槽鋼或木板支墊。將原設(shè)計(jì)套拱位置DK929+561、DK929+511分別調(diào)整至DK929+555、DK929+533。套拱采用兩榀I20a型鋼鋼架，縱向間距50cm，鋼架間采用22鋼筋連接成為整體，套拱拱身現(xiàn)澆C25混凝土厚1m、寬1m；套拱兩端施作寬度1.5m

8、、厚度40cm擴(kuò)大腳。套拱與圍巖連接采用108mm管棚并注漿。DK929+555管棚單根長(zhǎng)度為30m、DK929+533管棚單根長(zhǎng)度為45m，環(huán)向間距40cm,外插角1°10°（不包含線路縱坡）采用108無(wú)縫鋼管,壁厚6mm。套拱結(jié)構(gòu)示意圖 （單位：cm）導(dǎo)向鋼管示意圖套拱以下按正洞設(shè)計(jì)初期支護(hù)形式施作，22、L=3.5m系統(tǒng)錨桿，間距(環(huán)向*縱向)1.2m*1.0m；8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距20*20cm；噴射35cmh厚C25混凝土覆蓋。復(fù)核式襯砌結(jié)構(gòu)采用e，二襯C40鋼筋混凝土厚60cm。套拱施作方案示意圖：3-1明洞暗挖向正洞施工位示意圖3-2正洞向明挖段暗挖施工位示意

9、圖3-4DK929+555長(zhǎng)管棚正面布置示意圖施工工藝 測(cè)量放樣精確測(cè)量，放樣出線路中心線，相關(guān)高程等數(shù)據(jù)；提前計(jì)算正洞向明挖段暗挖長(zhǎng)管棚設(shè)置里程，準(zhǔn)確控制套拱鋼架基礎(chǔ)高程。 架立鋼架鋼架按要求彎制，現(xiàn)場(chǎng)按1:1大樣進(jìn)行試拼裝，合格后方可進(jìn)行洞內(nèi)安裝。鋼架安裝時(shí)，測(cè)量對(duì)鋼架豎直度進(jìn)行控制，使鋼架前后左右偏差在設(shè)計(jì)要求及規(guī)范要求之內(nèi)。鋼架底腳必須落在牢固的基礎(chǔ)上，底腳虛渣必須人工清理干凈，為減小鋼架拱頂沉降，鋼架底腳增設(shè)縱向I25a型鋼托梁或鋪設(shè)縱向厚木板。 管棚施工管棚鋼管在加工廠集中加工，管棚鋼管采用108×6mm熱軋無(wú)縫鋼管制作，每節(jié)鋼管長(zhǎng)度為46m，每節(jié)鋼管采用內(nèi)外絲扣連接，鋼

10、管四周按設(shè)計(jì)間距150mm鉆10mm注漿孔、梅花形布置，尾部留150cm不鉆孔的止?jié){段，管頭焊成圓錐形，便于入孔。下管以人工推拉頂進(jìn)為主，必要時(shí)輔以挖機(jī)推頂。頂進(jìn)過(guò)程中鋼管按分節(jié)連續(xù)接長(zhǎng)，管棚節(jié)間用114×6mm連接鋼管絲扣連接，為使鋼管接頭錯(cuò)開，第一節(jié)管采用4m和6m交替布置，編號(hào)為奇數(shù)的第一節(jié)管采用4m長(zhǎng)鋼管，編號(hào)為偶數(shù)的第一節(jié)采用6m長(zhǎng)鋼管，以后每節(jié)均采用6m長(zhǎng)鋼管。鋼管用鉆機(jī)頂進(jìn)，單號(hào)孔頂進(jìn)有孔花鋼管，雙號(hào)孔頂進(jìn)無(wú)孔鋼管。為了提高管棚的抗彎能力，在管棚注漿前管內(nèi)增設(shè)4根18mm鋼筋制成的鋼筋籠，管口上安裝三通接頭。管棚采用砂漿泵灌注M20水泥砂漿，使鋼管內(nèi)填充緊密，增強(qiáng)管棚剛

11、度和強(qiáng)度。3.3冒頂段明挖扣拱施工DK929+533DK929+555段由于埋深較淺，該段施工按照三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工，上臺(tái)階開挖高度4m，采取明挖施工，線路兩側(cè)按照1:1放坡，邊坡采取錨噴臨時(shí)支護(hù)，支護(hù)參數(shù)如下：25錨桿，L=3.0m1.5*1.5m梅花形布置，掛網(wǎng)825*25cm，噴C25混凝土10cm,對(duì)邊坡進(jìn)行錨噴防護(hù)后進(jìn)行上臺(tái)階扣拱施工，拱內(nèi)設(shè)I25a工字鋼，間距0.6m，扣拱混凝土采用單層1425*25cm結(jié)構(gòu)鋼筋，采用C25模筑混凝土填充，厚度50cm。模筑混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后于扣拱混凝土表面鋪設(shè)一層防水卷材（即土工布+防水板），將扣拱整體遮蓋，防止地表水下滲。扣拱兩側(cè)均勻?qū)ΨQ

12、回填，每層回填厚度控制在30cm以內(nèi)，采用蛙式打夯機(jī)打夯，拱頂回填厚度控制在90cm。拱頂回填土完成后，按照三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工工藝進(jìn)行中、下臺(tái)階施工。圖3-3蘇家川隧道DK929+533DK929+555明挖扣拱施工斷面圖3.4管棚段三臺(tái)階臨時(shí)橫撐法施工套拱管棚施工部位為圍巖薄弱段，采用三臺(tái)階臨時(shí)橫撐法施作，開挖前對(duì)圍巖采用超前小導(dǎo)管注漿進(jìn)行預(yù)支護(hù)。超前支護(hù)超前小導(dǎo)管采用42mm壁厚3.5mm熱軋無(wú)縫鋼管加工制作，單根長(zhǎng)3.5m,前端加工成錐形并封焊密實(shí)，管身設(shè)若干注漿孔，孔徑10mm，孔間距15cm，按梅花型布置；尾部設(shè)長(zhǎng)度不小于100cm，作為不鉆孔的止?jié){段。小導(dǎo)管布置于拱部開挖輪廓線1

13、44°范圍內(nèi)，環(huán)向間距40cm，插入角度為1015°，縱向間距為2.4m。安設(shè)采用鉆孔打入法，鉆孔孔徑比鋼管直徑大35mm。超前小導(dǎo)管構(gòu)造示意圖小導(dǎo)管注漿采用定量注漿，即每根錨管內(nèi)注入300L漿液后即結(jié)束注漿；注漿材料為1：1（重量比）水泥漿液，注漿壓力一般為0.51.5Mpa。三臺(tái)階臨時(shí)橫撐法施工（設(shè)I18型鋼臨時(shí)橫撐）（一）施工工法該淺埋段黃土隧道采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法（設(shè)I18臨時(shí)橫撐）施工，人工配合挖機(jī)開挖，開挖輪廓線內(nèi)預(yù)留1015cm人工修邊土，防止超挖；臺(tái)階開挖長(zhǎng)度在35m，高度控制在3.54.0m，挖機(jī)開挖后直接裝車，運(yùn)輸至指定棄渣場(chǎng)。開挖時(shí)，上導(dǎo)每循環(huán)進(jìn)尺0.

14、6m，中、下導(dǎo)每循環(huán)進(jìn)尺1.2m且左右交錯(cuò)進(jìn)行施工，錯(cuò)開間距控制在23m。黃土隧道三臺(tái)階臨時(shí)橫撐法施工，施工工藝流程見下圖。三臺(tái)階臨時(shí)橫撐法工序縱斷面示意圖（二）施工步驟挖1部臺(tái)階。開挖隧道上臺(tái)階土體時(shí)，預(yù)留核心土確保開挖安全和初期支護(hù)順利進(jìn)行。上部環(huán)形導(dǎo)坑開挖進(jìn)尺控制在0.6m，開挖后及時(shí)進(jìn)行初噴砼封閉開挖掌子面，施作洞身結(jié)構(gòu)的初期支護(hù)及臨時(shí)橫撐，即先初噴厚4cm的混凝土，再鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片，然后人工配合機(jī)械架立型鋼鋼架。鋼架設(shè)鎖腳錨管，鎖腳錨管設(shè)置于臺(tái)階鋼架拱（墻）腳以上30cm高度處，緊貼鋼架兩側(cè)邊沿按下傾角3045°打入，并與鋼架采用“U”型鋼筋牢固焊接。拱腳支墊木板或槽鋼，減小

15、拱頂下量。由于部分段拱頂露天，噴射混凝土前于外側(cè)鋪設(shè)竹夾板或其它遮擋物，保證初支混凝土完全包裹鋼架、噴射密實(shí)。打設(shè)徑向錨桿后復(fù)噴混凝土到設(shè)計(jì)厚度。底部架立臨時(shí)橫撐（I18鋼架），噴射混凝土封閉。上臺(tái)階施工至適當(dāng)距離后，先拆除1部23榀I18臨時(shí)鋼架，再人工配合機(jī)械開挖2部臺(tái)階，導(dǎo)坑周邊部分初噴厚4cm混凝土，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片、架立接長(zhǎng)鋼架鋼架，打設(shè)鎖腳錨管及徑向錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。架立臨時(shí)橫撐（I18鋼架），噴射C25混凝土臨時(shí)封閉仰拱。開挖3部臺(tái)階，3部臺(tái)階分兩次開挖完成即仰拱面以上和隧底兩部分。根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果分析，待初期支護(hù)收斂后，拆除部臨時(shí)仰拱，開挖仰拱填充面以上，開挖完成后邊壁初

16、噴厚4cm混凝土，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片、架立接長(zhǎng)鋼架鋼架，打設(shè)鎖腳錨管、復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度；隧底開挖掌子面距離上臺(tái)階開挖掌子面控制在2025m,每次開挖進(jìn)尺不得大于2榀鋼架，開挖完成后及時(shí)接長(zhǎng)鋼架、噴射混凝土封閉初期支護(hù)并封閉成環(huán)。灌注該段的部仰拱及部仰拱填充（仰拱與仰拱填充分開施作）。利用襯砌模板臺(tái)車一次性灌注部二次襯砌（拱墻襯砌一次施作）。開挖過(guò)程中，根據(jù)施工時(shí)圍巖的地質(zhì)情況及監(jiān)控量測(cè)資料調(diào)整支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，必要時(shí)加設(shè)中間豎撐（采用圓木），加強(qiáng)支護(hù)圍巖，保證施工安全。3.5地基處理DK929+511DK929+561部位黃土取芯檢測(cè)結(jié)果表明，該段圍巖無(wú)濕陷性。該段基底采用三七灰土置換施工?；渍w

17、下挖1m后，采用蛙式打夯機(jī)分層夯填三七灰土，每層虛鋪厚度不大于30cm，壓實(shí)系數(shù)不得小于0.92。3.5監(jiān)控測(cè)量觀測(cè)斷面布置隧道暗洞在此開挖前，于山體邊坡DK929+490、DK929+511、DK929+568、DK929+580里程分別設(shè)置地表沉降觀測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)埋設(shè)時(shí)，首先埋設(shè)線路中心點(diǎn)，然后橫向每間隔25m埋設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)埋設(shè)范圍為邊坡開口線距離隧道拱頂開挖輪廓線的間距H與隧道開挖最大凈空面尺寸B的和（埋設(shè)過(guò)程中要求埋設(shè)點(diǎn)位處于同一斷面里程）。測(cè)點(diǎn)埋入地表以下50cm,采用混凝土灌注。地表沉降橫向測(cè)點(diǎn)布置示意圖明洞暗挖段洞內(nèi)及扣拱土方回填后地表每間隔5m為一個(gè)斷面采取加密布點(diǎn)監(jiān)控，其中扣

18、拱段地表沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)位于開挖洞軸線以外8m處，洞內(nèi)監(jiān)控點(diǎn)布置見暗洞圍巖監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置示意圖。對(duì)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果繪制成圖譜，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，及時(shí)掌握圍巖變化情況，用于指導(dǎo)施工。暗洞圍巖監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置示意圖扣拱回填段地表監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置示意圖觀測(cè)頻次由于DK929+480DK929+580屬于淺埋段，為保證施工安全、準(zhǔn)確掌握隧道沉降變形情況，該段二襯施作未完成前沉降變形監(jiān)控測(cè)頻次不小于2次/d，當(dāng)沉降速率偏大（5mm/d）時(shí)，應(yīng)相應(yīng)加大觀測(cè)頻次。二襯施作完成后隧道底部沉降觀測(cè)的頻次不低于下表的規(guī)定，沉降穩(wěn)定后可不再進(jìn)行觀測(cè)。隧道基礎(chǔ)沉降觀測(cè)頻次觀測(cè)階段觀測(cè)頻次觀測(cè)期限觀測(cè)周期隧底工程完成后3個(gè)月2次/d無(wú)砟軌道鋪設(shè)后3個(gè)月01個(gè)月1次/周13個(gè)月1次/2周3.6超前地質(zhì)預(yù)報(bào)為保證淺埋地段施工安全，在加強(qiáng)監(jiān)控測(cè)量的同時(shí)加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)情況的追蹤勘察。采用地質(zhì)雷達(dá)及圍巖地質(zhì)素描等措施為施工提供準(zhǔn)確地質(zhì)預(yù)報(bào)信息，及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息處理分析，用于指導(dǎo)施工。3.7二襯施工淺埋段開挖支護(hù)完成后，及時(shí)跟進(jìn)二襯施工，使二襯閉合成環(huán)保證施工安全。套拱施作部位仰拱距離掌子面步距控制在15m、二襯距離掌子面步距控制在30m；扣拱段仰拱距離掌子面步距控制在10m、二襯距離掌子面距離控制在25m。二襯采用全斷面液壓式臺(tái)車，臺(tái)車長(zhǎng)為10.5米；混凝土拌合站集中拌制混凝土，4臺(tái)8m³混凝